Обработка поверхностей деталей летательных аппаратов

Содержание

1. Индукционнаяповерхностнаязакалка

1. Общие сведенияоб индукционномнагреве………………………...3

2. Исходныеданные и задачарасчета………………………………….3

3. Расчетпараметров…………………………………………………….5

2. Упрочнениедеталей поверхностнымпластическимдеформированием

2.1 Общие сведения……………………………………………………..10

2.2 Исходныеданные и задачарасчета…………………………………10

2.3 Расчетпараметровдробеударногоупрочнениярезьбы…………...11

2.4 Расчетпараметровалмазноговыглаживанияцилиндрической

поверхности…………………………………………………………..12

3. Списокиспользованныхисточников……………………………………….14

1. Индукционнаяповерхностнаязакалка

   1. Общие сведенияоб индукционномнагреве

В основеметода лежатдва физическихзакона: законэлектромагнитнойиндукции Фарадея(возникновениеиндукционныхтоков в проводнике,который находитсяв переменноммагнитномполе); и законДжоуля-Ленца(нагрев проводниковэлектрическомтоком).

Законаэлектромагнитнойиндукции:ЭДС индукциив замкнутомконтуре пропорциональнаскорости изменениямагнитногопотока черезповерхность,ограниченнуюконтуром.

Закон Джоуля–Ленца:Если на участкецепи под действиемэлектрическогополя не совершаетсямеханическаяработа и непроисходятхимическиепревращениявеществ, торабота электрическогополя приводиттолько к нагреваниюпроводника.При этом работаэлектрическоготока равнаколичествутеплоты, выделяемомупроводникомс током: .

2. Исходныеданные и задачарасчета

Диаметрзаготовки =50мм.

Длиназаготовкиподвергаемойзакалке =50мм.

Материалдетали: Углеродистаясталь 12Х2Н4А

Рис.1 Эскиздетали

Характеристикиматериалов:

Плотностьстали

Удельнаятеплоемкость

Теплопроводность

Температуропроводность=20

Удельноеэлектрическоесопротивление=1.2

Характеристикииндуктора:

Числовитков

ПокрытиеАн.Окс.100 из.

-сплав (АМГ6)

Удельноеэлектрическоесопротивление(АМГ6)

Рис.2.Индуктора сдеталью

1- индуктор;2- канал для протокаводы; 3-деталь

Температурныйрежим:

Температураповерхности

Минимальная

Скоростьнагрева

Задача расчета:

-Расчитатьглубину закаленногослоя на частотах

-Необходимуюплотностьмощности

-Амплитуду токав индукторе А.

-Мощностьтехнологическойустановки

- Выбратьсхему нагреваи охлаждениядетали

- Привестиэскиз индуктора

-Дать рекомендациипо выбору частотыв зависимостиот глубинызакалки.

3. Расчетпараметров

Толщинаскин-слоя (1):

(1)

– удельноеэлектрическоесопротивлениематериалазаготовки

относительнаямагнитнаяпроницаемость,= 1;

магнитнаяпостоянная,=1,257

–частота,

Для одновитковогоиндуктора шагнамотки Sравен длинеиндуктора L.

Временинагрева находим поформуле (2):

(2)

с.

Толщинаскин-слоя взависимостиот частоты тока,где - частота в :

Запишемтолщинускин-слояв безразмерномвиде :

Здесь –безразмерныйпараметр.

По графикуна рис.3. определимпри :

Рис.3. Решениезадачи нагреваодномерногополубесконечного

телавнутреннимиисточникамитеплоты

Зная безразмерную,определим :

По графикуна рис.3 определим глубину закалкив безразмерномвиде:

Переведемв размерныйвид используявыражение :

На основепроведенныхрасчетов можносделать выводо том, что приувеличениичастоты токаглубина закалкиуменьшается.Наилучшийрезультат былполучен припри глубинезакалки или 2.55 мм.

Расчет плотностимощности.

Обычно прирасчетах плотностьмощностиопределяетсяиз условиязаданных и времени нагревапоформуле :

(3)

Из полученныхплотностейтока выберемнаибольшую,т.к. она обеспечиваетнеобходимуюмощностьэлектромагнитнойэнергии на всехчастотах.

Расчетамплитуды токав индукторе.

Амплитудатока в зависимостиот частоты :

(4)

Наибольшаяамплитуду токав индукторе:

Расчет мощноститехнологическойустановки.

будем выбиратьиз соотношения:

,

где кпд блокапитания;

находитсяпо формуле:

-длинаиндуктора,равная длинеобрабатываемогоучастка

Мощностьтехническойустановки

Выберемиз ряда мощностейтехническойустановки 16;25; 63; 100; 160

т.е.

Тогда необходимаяплотностьмощности:

или

В связи свыбором мощностиустановкинеобходимакоррекциявремени и скоростинагрева, а такжеамплитуды тока:

Из выражения(3) получаем:

с.

Из (2) выражениедля :

Из выражения(4) для амплитудытока получаем:

Рекомендациипо выбору частотыи режимам нагреваи охлаждения:

Для получениямаксимальнойглубины закаленногослоя рекомендуетсяназначитьчастоту равной 10

После закалкирекомендуетсяприменитьохлаждениев воде или маслеи отпуск дляснятия внутреннихнапряженийпри Т =200С.

2.Упрочнениедеталей поверхностнымпластическимдеформированием.

2.1 Общие положения.

Обработкадробью применяетсядля упрочненияразнообразныхдеталей планераи двигателейлетательныхаппаратов –лонжеронов,бимсов, монорельсов,деталей шасси,обшивок, панелей,лопаток турбиныи компрессора,подшипникови т.д.

Сущностьдробеударногоупрочнениязаключаетсяв бомбардировкеповерхностидетали потокомдроби, обладающейзначительнызапасом кинетическойэнергии. Источникомэнергии дробиявляется струягаза, жидкости,центробежнаясила или ускорениесилы тяжести.В зависимостиот типов иконструктивногоисполнениятехнологическихустановок(оборудования)скорость дробиможет изменятьсяот 10 до 100 .

Основнымдостоинствомдробеударнойобработкиявляется возможностьэффективногоупрочнениядеталей различнойконфигурации,имеющих мелкиенадрезы, пазы,галтели и резьбовыеповерхности.

Усталостнаяпрочностьдетали послеупрочнениядробью повышаетсяна 15…50% в зависимостиот марки материалаи режимов упрочнения.Измененияразмеров деталейпосле дробеударногоупрочнениянезначительныи исчисляютсямикронами.Поэтому точностныехарактеристикидеталей определяютсяоперациями,предшествующимиупрочнению(шлифование,чистовое точениеи др.).

2.2 Исходныеданные и задачарасчета

Эскиз деталиприведен нарис.1.

Детальизготовленаиз стали 12Х2Н4А;

Пределпрочности

Плотностьстекла

Предварительнаяобработкадетали: термоупрочнениеи чистовоеточение сшероховатостью:

После обработкиППД исходнаяшероховатостьне должна ухудшиться.

Для обработкирезьбы (см. рис.4.)использоватьстекляннуюдробь. Диаметрстекляннойдроби из следующегоряда: 100; 160; 200; 250

Рис.4.фрагмент резьбыдетали

Задача расчета

Расчитатьпараметрыдробеударногоупрочнениярезьбы и алмазноговыглаживанияцилиндрическойповерхности.

2.3.Расчет параметровдробеударногоупрочнениярезьбы.

Назначимдиаметр стекляннойдроби согласноисходным требованиям().Здесь -диаметрстекляннойдроби, -диаметрлунки резьбы(рис.4) .

Припластическомвнедрениишарика в поверхность(рис.5.) балансэнергии и работыимеет вид:

(1)

Рис.5.Пластическоевнедрениешарика

в поверхность

Здесь:

– массашарика:

(2)

–работасил сопротивления:

(3)

Послеподстановки(2) и (3) в (1)получаем:

отсюдапри HB3_Вимеемглубину отпечатка:

при скорость вылеташарика:

Глубинаупрочненногослоя находитсяиз соотношения:

Если учесть,что d,то площадьповерхностиотпечаткашарика диаметромприблизительноравна площадикруга с диаметромd:

(4)

Из (4) выражениедля :

глубинанаклепанногослоя равна:

2.4 Расчет параметровалмазноговыглаживанияцилиндрическойчасти.

Алмазноевыглаживаниезаключаетсяв пластическомдеформированииобрабатываемойповерхностискользящимпо ней инструментом-выглаживателем,что позволяетполучить упрочненнуюповерхностьс низкой шероховатостьюи сжимающимиостаточныминапряжениями,распространяющимисяна значительнуюглубину. Приэтом в местеконтактаинструмент-деталь(в очаге деформирования)происходитлокальныйпереход металлав состояниетекучести, врезультатечего изменяютсяхарактеристикиповерхностногослоя, что в итогеповышаетсопротивлениеусталостидеталей приэксплуатации.

Назначениережимов обработкивыглаживаниясводятся копределениюоптимальныхзначений силывыглаживания,радиуса рабочейчасти индентора,подачи ,скорости обработки,числа рабочихходов .

Критерийвыбора радиусасферы – твердостьматериала.

Для стали12Х2Н4А назначим=3.4 [2, стр.62].

Оптимальноезначение силывыглаживанияможно определитьпо формуле:

Н

Здесь:

с = 0,008 –коэффициент,учитывающийусловия обработки,

–диаметрдетали,

Рис. 6. Схемадеформированияповерхностногослоя

при алмазномвыглаживании( в направленииподачи)

1-микронеровностиисходной поверхности;2- наплыв;

3-выглаживатель;4- поверхностьпосле выглаживания

Назначимвеличину продольнойподачи s= 0,08 [2, стр.62], тогдаполученнаяшероховатостьвычислитсяпо следующейформуле:

Параметрышероховатостизависят такжеот числа рабочихходов zвыглаживателя.С увеличениемzдо 2…3 параметршероховатостиуменьшаетсяв меньшей степени.При z4 возможен перенаклепПС.

Определимглубину наклепанногослоя по зависимостиСеренсена С.В.[2, стр.19]:

,где d– диаметр детали;

–прочностьпосле упрочнения;

–прочностьсердцевины;

 – глубинанаклепанногослоя

=750

– Увеличениепрочностиповерхностиповышаетсяна 17% по сравнениюс исходнойвеличинойпрочности [2,стр. 64] для стали12Х2Н4А.

Следовательнотолщина упрочненногослоя:

Списокиспользованныхисточников

1.Саливанов Д.С.конспект лекцийпо курсу БелоусоваВ.С. «Обработкаповерхностейдеталей ЛА»,2002.

2. А.К. Карпец,В.С. Белоусов,В.И. Мальцевупрочнениедеталей авиационныхконструкцийППД: Учеб. пособие.– Новосибирск:Изд-во НГТУ.1995. – 79 с.

МинистерствоОбразованияРоссийскойФедерации

НовосибирскийГосударственныйТехническийУниверситет

Кафедрасамолёто- ивертолётостроения

Курсоваяработа

Подисциплине:

Обработкаповерхностейдеталей летательныхаппаратов

Факультет ЛА

Группа: С-82

Студент: CаливановД.С.

Преподаватель: Белоусов В.С.

Новосибирск

2002